Система запуска персонала HL-20

Система запуска персонала HL-20
	Макет HL-20
Оператор	НАСА
Приложения	Пилотируемый космический самолет
Технические характеристики
Стартовая масса	10 884 кг (23 995 фунтов)
Режим	Низкая Земля
Производство
Статус	Отменено
Запущен	0
Связанный космический корабль
Производные	HL-42 , Охотник за мечтами

Система запуска персонала HL-20 представляла собой НАСА концепцию космического самолета НАСА для пилотируемых орбитальных миссий, изученную Исследовательским центром в Лэнгли примерно в 1990 году. Она задумывалась как с несущим телом, возвращаемый аппарат аналогичный конструкции советского космического самолета БОР-4 . ^{[ 1 ]} Его заявленные цели заключались в достижении низких эксплуатационных расходов, повышении безопасности полетов и возможности посадки на обычные взлетно-посадочные полосы. ^{[ 2 ]} Никакой летной техники построено не было.

Концепция PLS

С ростом национального интереса к получению обычного доступа в космос, в середине 1980-х годов был изучен ряд транспортных систем Земля-орбита. Одна из них, называемая системой запуска персонала (PLS), может использовать HL-20 и одноразовую систему запуска для обеспечения доступа экипажа в дополнение к космическому шаттлу . Полноразмерная инженерно-исследовательская модель HL-20 была построена в 1990 году студентами и преподавателями Университета штата Северная Каролина и Университета A&T Северной Каролины для изучения расположения сидений экипажа, обитаемости, расположения оборудования, а также входа и выхода экипажа. длиной 29 футов (9 м) Эта инженерно-исследовательская модель использовалась в Лэнгли для определения полномасштабных внешних и внутренних характеристик HL-20 для исследований по использованию.

Миссия PLS заключалась в транспортировке людей и небольшого количества грузов на низкую околоземную орбиту и обратно, то есть в небольшой системе космического такси. Хотя концептуальный космический самолет PLS никогда не был одобрен для разработки, он был разработан как дополнение к космическому шаттлу и рассматривался как дополнение к возможностям запуска пилотируемых полетов Соединенных Штатов по трем основным причинам: ^{[ 3 ]}

Гарантированный доступ экипажа в космос. В эпоху свободы космической станции и последующих миссий Инициативы по исследованию космоса крайне важно, чтобы Соединённые Штаты имели альтернативные средства доставки людей и ценных небольших грузов на низкую околоземную орбиту и обратно, если космический шаттл будет недоступен.
Повышенная безопасность экипажа. В отличие от космического корабля «Шаттл», у PLS не будет главных маршевых двигателей или большого отсека для полезной нагрузки. Если исключить необходимость перевозки большой полезной нагрузки из миссий по доставке личного состава, PLS станет небольшим и компактным транспортным средством. Тогда более целесообразно разработать возможность аварийного прерывания для безопасного восстановления экипажа на критических этапах запуска и возвращения с орбиты.
Доступные цены. Прогнозируется, что PLS, будучи небольшим транспортным средством, спроектированным с использованием доступных технологий, будет иметь низкую стоимость разработки. Упрощение подсистемы и авиационный подход к наземным и летным операциям PLS также могут значительно снизить затраты на эксплуатацию PLS.

Две конструкции, которые рассматривались для PLS, различались по своим аэродинамическим характеристикам и возможностям выполнения задач:

использовалась В подходе Космического центра Джонсона форма тупого конуса (похожая на различные возвращаемые на Луну транспортные средства), включающая парашютную систему для остановки;
Исследовательский центр Лэнгли предложил подъемное тело , которое могло бы совершать обычную посадку на взлетно-посадочную полосу по возвращении с орбиты. ^{[ 3 ]}

Развитие подъемного тела

и оказавшего влияние на его конструкцию До создания космического челнока несколько летательных аппаратов с несущим корпусом , в том числе M2-F2 , M2-F3 , HL-10 , а также X-24 A и X-24B , летали летчиками-испытателями с 1966 по 1975 год. M2-F2 и HL-10 были предложены в 1960-х годах для перевозки 12 человек на космическую станцию после запуска на Saturn IB . Концепция HL-20 PLS развилась из этих ранних форм под дальнейшим влиянием российского МиГ-105 и особенно БОР-4 . Обозначение «HL» означает горизонтальный посадочный модуль, а «20» отражает многолетнее участие Лэнгли в разработке концепции подъемного кузова, которая включала в себя Northrop HL-10.

Космический корабль с несущим корпусом будет иметь ряд преимуществ перед другими формами. Благодаря более высоким подъемным характеристикам во время полета через атмосферу при возвращении с орбиты космический корабль сможет достичь большей площади суши, а количество доступных возможностей посадки на определенные площадки будет увеличено. Нагрузка замедления во время входа будет ограничена примерно 1,5 G. ^{[ 4 ]} Это важно при возвращении на Землю больных, раненых или вышедших из строя членов экипажа космической станции. Будет возможна посадка на колесную взлетно-посадочную полосу, что обеспечит простое и точное восстановление на многих площадках по всему миру, включая стартовую площадку Космического центра Кеннеди . ^{[ 3 ]}

Предлагаемые миссии

HL-20 Изображен покидающим запланированную космическую станцию «Свобода» .

доставка пассажиров на космическую станцию «Свобода» Первоначально основной задачей PLS была . Для миссии базовой космической станции, в зависимости от конструкции, численность экипажа будет составлять 8 или 10 человек. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Типичная миссия HL-20 начнется в Космическом центре Кеннеди, где HL-20 будет обрабатываться горизонтально на установке для обработки транспортных средств, а одноразовая ракета-носитель обрабатывается вертикально на отдельном объекте. Ракета-носитель и HL-20 будут соединены на стартовой площадке, а последовательность запуска начнется, когда космическая станция пройдет над стартовой площадкой.

После запуска HL-20 сначала выйдет на низкую орбиту длиной 100 морских миль (200 км), чтобы преследовать космическую станцию, а затем перейдет на орбиту космической станции высотой 220 морских миль (410 км). После встречи и стыковки на космической станции «Свобода» экипажи поменяются, и HL-20 замедлится для возвращения на Землю .

HL-20 приземлился бы горизонтально на взлетно-посадочной полосе, подобно возвращению космического корабля "Шаттл" . Общая продолжительность миссии может составить всего 72 часа. ^{[ 3 ]}

Другие потенциальные миссии, определенные для PLS, включали орбитальное спасение застрявших астронавтов, приоритетные миссии по доставке и наблюдению, а также миссии по обслуживанию спутников. Для этих других миссий базовая конструкция HL-20 останется неизменной, но внутренние подсистемы и устройства будут изменены в соответствии с размещением экипажа, продолжительностью и оборудованием, необходимым для конкретной миссии. ^{[ 3 ]}

Особенности конструкции

Концепция PLS HL-20 адаптируется к нескольким концепциям ракет-носителей. «Титан IV» представлял собой существующую ускорительную систему, которую можно было использовать для запусков прототипов без экипажа или, с модификациями, в качестве системы с экипажем. ^{[ 6 ]} Будущим вариантом системы запуска могла бы стать Национальная система запуска , которая изучалась ВВС и НАСА в 1990-х годах. Выбор системы запуска HL-20 PLS будет зависеть как от требуемой даты начальных операций PLS, так и от стоимости разработки и запуска ракеты-носителя.

Концепция HL-20 PLS заключалась в том, чтобы дополнить космический шаттл безопасной и надежной транспортировкой экипажа при минимальных затратах. ^{[ 3 ]} Безопасность экипажа имела первостепенное значение, поскольку в конструкции HL-20 особое внимание уделялось защите экипажа во время прерванных запусков и восстановления корабля. ^{[ 3 ]} Другие требования были сосредоточены на минимизации затрат в течение жизненного цикла системы за счет обеспечения простоты операций, низкой себестоимости производства и высокого потенциала использования. ^{[ 3 ]} Ожидается, что без учета времени миссии время выполнения работ составит 43 дня. ^{[ 5 ]}

При общей длине около 29 футов (8,8 м) и размахе крыльев 23,5 футов (7,2 м) HL-20 будет гораздо меньшим кораблем, чем орбитальный корабль космического корабля «Шаттл»; он мог поместиться в грузовом отсеке шаттла со сложенными крыльями. Прогнозируемая масса пустого HL-20 составляла 23 000 фунтов (10 т) по сравнению с массой пустого орбитального корабля космического корабля 185 000 фунтов (84 т). Его кабина, хотя и меньше, чем у «Шаттла», но превосходит кабину современных небольших корпоративных бизнес-джетов. ^{[ 6 ]}

Акцент на простоте обслуживания позволит снизить эксплуатационные расходы HL-20 PLS. Транспортное средство будет подготовлено в горизонтальном положении, а его большие внешние панели доступа обеспечат легкий доступ к подсистемам, что упрощает обслуживание или замену. Выбор и конструкция этих подсистем подчеркнут простоту и снизят требования к техническому обслуживанию: например, гидравлические системы будут заменены полностью электрическими органами управления. Более того, в отличие от космического челнока, HL-20 не будет иметь отсека полезной нагрузки или силовой установки главного двигателя, а его система тепловой защиты , хотя и похожа на комбинацию плиток и абляционных покрытий космического челнока, будет гораздо быстрее проверять и обслуживать из-за к гораздо меньшему размеру HL-20. Эти изменения в конструкции и упрощения подсистем, а также принятие философии технического обслуживания самолетов могут сократить количество человеко-часов на подготовку HL-20 до менее чем 10 процентов от потребности орбитального корабля космического корабля "Шаттл".

Для защиты экипажа во время прерванного запуска HL-20 PLS оснащен несколькими функциями безопасности. Его внутренняя планировка с лестницей и люком была спроектирована так, чтобы обеспечить быстрый выход пассажиров и экипажа на стартовую площадку в случае чрезвычайной ситуации. На случай чрезвычайных ситуаций, когда экипаж должен немедленно покинуть корабль (возгорание или взрыв ракеты-носителя), HL-20, как и ракеты программы «Аполлон», будет оснащен ракетами аварийного покидания, чтобы оттолкнуть PLS от ракеты-носителя. На безопасном расстоянии три аварийных парашюта раскроются, чтобы замедлить спуск корабля в океан. При приводнении надувные плавучие устройства обеспечат нахождение хотя бы одного из двух люков ПЛС над водой и доступного для аварийного выхода экипажа.

Контрактные усилия

В октябре 1989 года компания Rockwell International (подразделение космических систем) начала годовой контракт под руководством Исследовательского центра Лэнгли по проведению углубленного исследования конструкции и работы PLS, используя концепцию HL-20 в качестве основы для исследования. Используя параллельный инженерный подход, компания Rockwell учла надежные, эффективные проектные и эксплуатационные меры при определении детального, экономически эффективного проекта, а также производственного плана и оценки операций. Ключевым выводом этого исследования было осознание того, что, хотя проектные и технологические факторы могут снизить затраты на новую пилотируемую космическую транспортную систему, дальнейшая значительная экономия будет возможна только в том случае, если будет принята новая философия эксплуатации, которая будет относиться к PLS аналогично эксплуатационному авиалайнер, а не научно-исследовательский космический аппарат.

В октябре 1991 года компания Lockheed Advanced Development Company начала исследование по определению возможности разработки прототипа и операционной системы. Их целью было оценить технические характеристики, определить требования к летной квалификации, а также составить смету затрат и графиков.

Соглашение о сотрудничестве между НАСА, Государственным университетом Северной Каролины и Университетом A&T Северной Каролины привело к созданию полномасштабной модели HL-20 PLS для дальнейших исследований человеческого фактора в этой концепции. Студенты университетов, руководствуясь требованиями, предоставленными Лэнгли, и под руководством университетских преподавателей, разработали исследовательскую модель в течение весеннего семестра 1990 года, а строительство последовало летом. Полученная модель использовалась для оценки человеческих факторов, таких как операции по входу и выходу экипажа, количество экипажа и условия обитания, а также требования к видимости для экипажа во время стыковки и посадки. ^{[ 3 ]}

Наследие

Космический корабль Dream Chaser основан на конструкции несущего корпуса HL-20. Он был разработан SpaceDev для конкурса коммерческих орбитальных транспортных услуг 2004 года и разрабатывался корпорацией Sierra Nevada для программы развития коммерческих экипажей (CCDev). ^{[ 7 ]} Dream Chaser с экипажем не был выбран НАСА для заключительного этапа разработки коммерческого экипажа (CCtCap). Однако грузовой корабль Dream Chaser был выбран НАСА для участия в программе Commercial Resupply Services 2 (CRS2).

Корпорация Orbital Sciences также предложила вариант HL-20 для второго раунда финансирования CCDev — космический корабль «Прометей» .

Обе ракеты планировалось запустить на базе ракеты-носителя Atlas V, предназначенной для человека .

См. также

Ссылки

^ Ходжес, Джим (осень 2011 г.). «Охотник за мечтой: Назад в будущее» . Журнал АСК . НАСА. Архивировано из оригинала 2 декабря 2013 года . Проверено 16 ноября 2013 г.
^ Чанг, Кеннет (31 января 2011 г.). «Бизнес взлетает с помощью НАСА» . Нью-Йорк Таймс . Боулдер, Колорадо . Проверено 25 июня 2011 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я «Модель HL-20 для исследования системы запуска персонала» . НАСА. 22 июня 2011. Архивировано из оригинала 15 апреля 2012 года . Проверено 2 января 2023 г.
^ Восток, РА (15 августа 1999 г.). «Гиперзвуковой самолет: подъем, повторный вход и запуск» . Философские труды: математические, физические и технические науки . 357 (1759). Королевское общество: 2177–2195 гг. дои : 10.1098/rsta.1999.0427 . JSTOR 55138 . S2CID 61754591 . Проверено 2 января 2023 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Сравнение поддержки операций X-15/HL-20» (PDF) .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Стоун, Ховард В.; Пиланд, Уильям М. (1991). «Система запуска личного состава с подъемным корпусом HL-20» . Журнал аэрокосмической отрасли, часть 2 . 100 (1). SAE International: 1955–1968. JSTOR 44548056 . Проверено 2 января 2023 г.
^ Фрэнк Морринг-младший, Сьерра-Невада продвигается вперед с Dream Chaser. Архивировано 13 ноября 2012 г. на Wayback Machine , Aviation Week & Space Technology , 1 октября 2012 г.

Внешние ссылки

«ХЛ-20» . НАСА. Архивировано из оригинала 18 октября 2006 г.
Система запуска персонала HL-20 на YouTube
HL-10 и HL-20 на YouTube
«ХЛ-20» . Астронавтикс . Архивировано из оригинала 18 октября 2006 г.
Скаллион, Уильям I (1999). «Аэродинамические характеристики и эффективность управления конфигурацией подъемного тела HL-20 при скорости 10 Маха в воздухе» (PDF) . НАСА. CiteSeerX 10.1.1.34.8652 .
«Улучшение дозвуковых характеристик предлагаемой концепции системы запуска персонала» (PDF) .
«Проектирование и изготовление опорной подставки НАСА HL-20 и внутреннего макета» (PDF) . НАСА.
«Возможности прерывания стартовой площадки подъемного корпуса HL-20» (PDF) . НАСА.
«Проектирование и изготовление полномасштабной исследовательской модели НАСА HL-20» (PDF) . НАСА.

[Bor-NASA-1] Ходжес, Джим (осень 2011 г.). «Охотник за мечтой: Назад в будущее» . Журнал АСК . НАСА. Архивировано из оригинала 2 декабря 2013 года . Проверено 16 ноября 2013 г.

[Bor-NYT-2] Чанг, Кеннет (31 января 2011 г.). «Бизнес взлетает с помощью НАСА» . Нью-Йорк Таймс . Боулдер, Колорадо . Проверено 25 июня 2011 г.

[Nsum-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я «Модель HL-20 для исследования системы запуска персонала» . НАСА. 22 июня 2011. Архивировано из оригинала 15 апреля 2012 года . Проверено 2 января 2023 г.

[4] Восток, РА (15 августа 1999 г.). «Гиперзвуковой самолет: подъем, повторный вход и запуск» . Философские труды: математические, физические и технические науки . 357 (1759). Королевское общество: 2177–2195 гг. дои : 10.1098/rsta.1999.0427 . JSTOR 55138 . S2CID 61754591 . Проверено 2 января 2023 г.

[Ops-5] Перейти обратно: ^а ^б «Сравнение поддержки операций X-15/HL-20» (PDF) .

[Stone-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с Стоун, Ховард В.; Пиланд, Уильям М. (1991). «Система запуска личного состава с подъемным корпусом HL-20» . Журнал аэрокосмической отрасли, часть 2 . 100 (1). SAE International: 1955–1968. JSTOR 44548056 . Проверено 2 января 2023 г.

[7] Фрэнк Морринг-младший, Сьерра-Невада продвигается вперед с Dream Chaser. Архивировано 13 ноября 2012 г. на Wayback Machine , Aviation Week & Space Technology , 1 октября 2012 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

v т и США Программы пилотируемых космических полетов
Active	Artemis International Space Station Commercial Crew
Completed	X-15 Mercury Gemini Apollo Apollo Applications Skylab Apollo–Soyuz Space Shuttle Shuttle-Mir
Canceled	Constellation Dyna-Soar HL-20 Personnel Launch System Man in Space Soonest Manned Orbiting Laboratory Nova Orbital Space Plane Orion (nuclear) NASP Freedom